临近空间大气化学过程快速建模技术初探

摘要

围绕临近空间大气化学过程数值模拟计算问题,以平流层大气4个典型光化学系统为例,运用化学动理学预处理(KPP)工具,对不同复杂度的光化学反应质量平衡方程体系进行预处理,快速建立各系统化学动理学方程组的代数表示;针对模型中的大刚性ODE方程组,选取6种不同的数值计算方案(rodas,ros3,ros4,rosenbrock,sdirk,seulex),实现ODE方程组的离散表示,并自动生成所需计算代码。在此基础上,开展平流层光化学过程数值模拟试验,重点考察了:各数值计算方案的计算效率和计算稳定性;各系统主要化学成分随着时间的演化规律;光化学系统复杂度对各模型主要成分变化的影响。模拟结果显示:KPP工具能有效应对临近空间大气化学反应系统复杂度的增长,缩短大气化学模型建模与检验周期,为临近空间大气化学过程研究提供有效技术支撑。